(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する方法であって、
トレンチ構造又はビア構造が形成された基板を覆うようにシード層を形成するステップと、
前記シード層の一部を有機パッシベーション膜で被覆するステップであって、前記シード層の一部を被覆することが、有機界面活性剤を含有する溶液に前記基板を浸漬することによって前記トレンチ構造又はビア構造の上部を覆うシード層を被覆することを含み、且つ前記溶液が、疎水性担体と、前記疎水性担体に懸濁された前記有機界面活性剤とを含む、前記被覆ステップと、
前記トレンチ構造又はビア構造をめっき液に浸漬して、前記有機パッシベーション膜が前記めっき液に溶解する前に前記有機パッシベーション膜で被覆されない前記トレンチ構造又はビア構造の下部を覆う前記シード層の上に導電材料を堆積させるステップと、を含み、
前記トレンチ構造又はビア構造の前記上部を覆う前記有機パッシベーション膜の前記めっき液での最終的な完全な溶解が、前記トレンチ構造又はビア構造の上部を覆う前記導電材料の堆積を可能にする、方法。
【請求項２】
前記有機界面活性剤が１−２−３−ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溶液がイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
基板を処理する方法であって、
トレンチ構造又はビア構造が形成された基板を覆うようにシード層を堆積させるステップと、
前記基板にスピン塗布して、前記トレンチ構造又はビア構造の上部を覆う前記シード層を少なくとも覆うようにパッシベーション膜を形成するステップと、
前記トレンチ構造又はビア構造をめっき液に浸漬して、前記パッシベーション膜で被覆されない前記シード層の上に導電材料を堆積させ、前記パッシベーション膜を前記めっき液に溶解させるステップと、を含み、
前記トレンチ構造又はビア構造の前記上部を覆う前記有機パッシベーション膜の前記めっき液での溶解が、前記トレンチ構造又はビア構造の上部を覆う前記導電材料の堆積を可能にする、方法。
【請求項５】
前記基板にスピン塗布するステップが、スピン塗布する間の回転速度、スピン塗布で使用される溶液の特性、又は、それらの組み合わせを調節することにより、前記パッシベーション膜が前記トレンチ構造又はビア構造の側壁に沿って達する深さを制御することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記回転速度を上げると、前記深さが減少し、前記回転速度を下げると、前記深さが増加する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記溶液の前記特性は、前記溶液の担体の粘度である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
基板を処理する方法であって、
前記基板に形成されたトレンチ構造又はビア構造の表面を覆うようにシード層を堆積させるステップと、
パッシベーション膜を前記基板の上に塗布形成して、前記トレンチ構造又はビア構造の上部開口部近傍の前記シード層を被覆するステップと、
前記トレンチ構造又はビア構造をめっき液に浸漬して、導電材料を前記トレンチ構造又はビア構造内に堆積させるステップと、を含み、
ボトムアップ充填効果を可能にするため前記パッシベーション膜が前記めっき液で溶解する前に、前記導電材料が前記パッシベーション膜により覆われない前記トレンチ構造又はビア構造の下部で前記シード層を覆って堆積し、そして、めっき中に前記パッシベーション膜が前記めっき液に溶解した後に、前記導電材料が前記トレンチ構造又はビア構造を充填するため前記トレンチ構造又はビア構造の上部を覆って堆積する、方法。
【請求項９】
前記パッシベーション膜が平面分子を有する界面活性剤を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記パッシベーション膜を塗布形成するステップが、前記基板に界面活性剤溶液をスピン塗布することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記界面活性剤溶液が、１−２−３ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を含む有機界面活性剤を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記パッシベーション膜を塗布形成するステップが、疎水性担体を含む界面活性剤溶液に前記基板を浸漬することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
基板を処理する方法であって、
前記基板に形成されたトレンチ構造又はビア構造の表面を覆うようにシード層を形成するステップと、
前記シード層の一部を有機パッシベーション膜で被覆するステップと、
を含み、前記シード層の一部を被覆するステップが、
１−２−３ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）を含む有機界面活性剤を含有する溶液を前記基板にスピン塗布することにより、前記トレンチ構造又はビア構造の上部を覆う前記シード層を被覆することと、
前記トレンチ構造又はビア構造をめっき液に浸漬して、導電材料を堆積させることと、を含み、
ボトムアップ充填効果を可能にするため前記有機パッシベーション膜が前記めっき液で溶解する前に、前記導電材料が前記有機パッシベーション膜により覆われない前記トレンチ構造又はビア構造の下部で前記シード層を覆って堆積し、そして、前記有機パッシベーション膜が前記めっき液に溶解した後に、前記導電材料が前記トレンチ構造又はビア構造を充填するため前記トレンチ構造又はビア構造の上部を覆って堆積する、方法。
【請求項１４】
前記溶液が、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記シード層の一部を被覆するステップが、更に、スピン塗布する間の回転速度を調節することにより、前記トレンチ構造又はビア構造内へ前記有機パッシベーション膜の目標深さを被覆することを含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概して、半導体基板を処理するための装置及び方法に関するものである。特に、本発明の実施形態は、ボトムアップめっきを行なう方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の寸法が縮小し続けていることにより、製造中に半導体基板に形成されるトレンチ構造又はビア構造が益々狭くなっており、アスペクト比が高くなっている。開口部が狭くなり、かつアスペクト比が高くなると、普通、後続の材料充填プロセスが困難となり、且つ非常に難しい解決課題が生じる。その結果、狭い開口部が充填プロセス中に閉塞されてしまうため、ボイドが充填材料に形成され易くなる。
【０００３】
問題は、ライナー層、バリア層、又はシード層が充填プロセスに、例えばシード層が必要とされるめっきプロセスに必要とされる場合に大きくなる。シード層は、普通、トレンチ構造又はビア構造に、物理化学気相堆積（ＰＶＤ）プロセスを使用して堆積させる。トレンチ表面又はビア表面を完全に被覆するために、シード層の厚みを、普通、トレンチ又はビアの入口の近傍、及びトレンチ又はビアの底部の近傍において大きくする。シード層の厚い部分は、電気抵抗が小さいので、大きなめっき電流を流すことができ、その結果、めっきが迅速に進む。その結果、めっき速度は、トレンチ又はビアの開口部の近傍で大きく、開口部の近傍でめっきされた材料が、充填される前のトレンチ又はビアを閉塞して、トレンチ内又はビア内にボイドを形成してしまう。これらのボイドは、トレンチ内又はビア内に形成される配線の導電率を低下させ、かつ配線の物理的強度を低下させるので望ましくない。
【０００４】
図１は、トレンチ及びビアにめっきを施す際の問題を模式的に示している。トレンチ構造又はビア構造１４は、基板１０の誘電体材料１１内に形成される。次に、バリア層１６を、トレンチ構造又はビア構造１４を覆うように堆積させる。次に、シード層１２をバリア層１６の上に堆積させる。シード層１６の厚さがトレンチ構造又はビア構造１４の入口１７の近傍で増していることにより、めっきが入口１７の近傍でより速く進む。次に、金属層１３を堆積させて、当該金属層をトレンチ構造又はビア構造１４に充填する。図１に示すように、金属層１３の堆積中に、高アスペクト比を持つトレンチ構造又はビア構造１４内にボイド１５が形成される。
【０００５】
従来の形成プロセスでは、普通、スパッタリングプロセスを使用して、めっき前に、入口１７近傍のシード層１２の厚さを薄くする。スパッタリングでは普通、正イオンを使用して、シード層内の原子を物理的に叩き出す。正に帯電したアルゴンイオンのような正イオンは、普通、プラズマチャンバ内で生成され、次に目標物に向けて加速される。正イオンは加速中に運動量を獲得し、基板の上面を叩く。イオンは、シード層から原子を物理的に叩き出す。しかしながら、イオンは基板全体を叩く。更に、剥離したパーティクルがスパッタリング中に発生すると、クリーニングプロセスを追加する必要があり、後続の処理の潜在的な汚染源にもなりうる。
【０００６】
したがって、トレンチ構造又はビア構造内への導電材料めっきを改善する方法及び装置が必要になる。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の実施形態は、概して、半導体基板を処理するための装置及び方法に関するものである。具体的には、本発明の実施形態は、トレンチ構造又はビア構造へのボトムアップ充填を容易にする方法及び装置に関するものである。
【０００８】
一実施形態は基板を処理する方法を提供し、本方法は、トレンチ構造又はビア構造が形成された基板を覆うようにシード層を形成することと、シード層の一部を有機パッシベーション膜で被覆することと、トレンチ構造又はビア構造をめっき液に浸漬して、有機パッシベーション膜で被覆されないシード層の上に導電材料を堆積させることとを含む。
【０００９】
別の実施形態は基板を処理する方法を提供し、本方法は、基板に形成されたトレンチ構造又はビア構造の表面を覆うようにシード層を堆積させることと、パッシベーション膜を基板の上に塗布形成して、トレンチ構造又はビア構造の上部開口部近傍のシード層を被覆することと、トレンチ構造又はビア構造をめっき液に浸漬することにより、導電材料をトレンチ構造又はビア構造内にめっきすることであって、めっき中にパッシベーション膜がめっき液に溶解することとを含む。
【００１０】
更に別の実施形態は基板を処理する方法を提供し、本方法は、トレンチ構造又はビア構造が形成された基板の上にシード層を堆積させることと、基板をスピン塗布して、シード層の少なくとも一部を覆うようにパッシベーション膜を形成することと、トレンチ構造又はビア構造をめっき液に浸漬して、パッシベーション膜で被覆されないシード層の上に導電材料を堆積させ、パッシベーション膜をめっき液に溶解させることとを含む。
【００１１】
本発明の上述の特徴を詳細に理解することができるように、上に簡単に要約した本発明の更に詳細な説明を、添付図面に幾つかが示されている実施形態を参照することにより行う。しかしながら、添付図面は、本発明の代表的な実施形態を示しているに過ぎず、したがって本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではなく、本発明は他の同様に効果的な実施形態を包含することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、トレンチ構造又はビア構造にめっきを施す際の問題を模式的に示している。
【図２】図２Ａ〜Ｄは、本発明の一実施形態によるトレンチ構造又はビア構造の充填方法を模式的に示している。
【図３】図３は、本発明の一実施形態によるトレンチ構造又はビア構造の充填プロセスの模式フローチャートである。
【図４】図４Ａ〜Ｃは、本発明の一実施形態によるパッシベーション膜の塗布形成方法を模式的に示している。
【図５】図５は、本発明の別の実施形態によるパッシベーション膜の塗布形成方法を模式的に示している。
【図６】図６Ａ〜Ｄは、本発明の一実施形態によるトレンチ構造又はビア構造の充填方法を模式的に示している。
【図７】図７は、本発明の一実施形態によるトレンチ構造又はビア構造の充填プロセスの模式フローチャートである。
【図８】図８は、本発明の一実施形態によるビア充填結果の光電子顕微鏡像である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態によるトレンチ充填結果の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。
【００１３】
理解を容易にするために、同じ参照番号を出来る限り使用して、複数の図に共通する同じ構成要素を示している。一実施形態において開示される構成要素は、特に断らなくとも他の実施形態において有利に利用できる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態は、概して、半導体基板を処理するための装置及び方法に関するものである。具体的には、本発明の実施形態は、トレンチ構造又はビア構造へのボトムアップ充填を容易にする方法及び装置に関するものである。本発明の一実施形態では、トレンチ構造又はビア構造に充填材料を充填する前に、トレンチ構造又はビア構造の一部をパッシベーション膜で被覆する手法を提供する。一実施形態では、パッシベーション膜は、トレンチ構造又はビア構造の上部開口部の近傍に形成されて、後続の堆積プロセスにおいて上部開口部の近傍への充填材料の堆積を遅らせるように構成される。
【００１５】
一実施形態では、めっきプロセスを使用して、充填材料をトレンチ構造又はビア構造内に堆積させ、パッシベーション膜をめっき液に溶解させる。めっきプロセスの開始時では、パッシベーション膜がめっき液に溶解する前に、充填材料がトレンチ構造又はビア構造の底部にのみ堆積することにより、ボトムアップ充填が行なわれる。したがって、本発明の方法によって、破壊イオンを使用してトレンチ構造又はビア構造、及び基板に物理的な衝撃を与えることなく、ボトムアップ充填が可能になる。
【００１６】
一実施形態では、パッシベーション膜は界面活性剤を含む。一実施形態では、界面活性剤は平面分子を含む。一実施形態では、パッシベーション膜で被覆することは、界面活性剤溶液を、トレンチ構造又はビア構造が形成されている基板にスピン塗布することを含む。別の実施形態では、パッシベーション膜で被覆することは、トレンチ構造又はビア構造を界面活性剤溶液に浸漬することを含む。
【００１７】
図２Ａ〜２Ｄは、本発明の一実施形態によるトレンチ構造又はビア構造に充填する手順を模式的に示している。図３は、図２Ａ〜２Ｄに示すようにトレンチ構造又はビア構造に充填するプロセス２００の模式フローチャートである。
【００１８】
プロセス２００のブロック２１０では、トレンチ構造又はビア構造を基板に形成する。トレンチ構造又はビア構造は、普通、半導体素子の異なる部分を形成するために使用される。例えば、トレンチ構造又はビア構造は、内部に導電材料を保持し、配線を半導体素子に形成するために広く使用されている。図２Ａは、誘電体材料１０１内に形成されたトレンチ構造又はビア構造１０６を有する基板１００の模式側部断面図である。一実施形態では、トレンチ構造又はビア構造１０６は、その内部に導電配線を形成するように構成される。
【００１９】
プロセス２００のブロック２２０では、トレンチ構造又はビア構造を覆うようにバリア層を堆積させる。バリア層は、配線内の銅が、隣接する領域に拡散するのを阻止するために広く使用されている。図２Ａに示すように、バリア層１０２をトレンチ構造内又はビア構造１０６内に形成して、トレンチ構造内又はビア構造内１０６に次に堆積される導電材料が誘電体材料１０１に拡散するのを阻止する。
【００２０】
プロセス２００のブロック２３０では、トレンチ構造又はビア構造を覆うようにシード層を堆積させる。図２Ａに示すように、基板１００の上面全体に亘ってシード層１０３をバリア層１０２の上に堆積させる。シード層１０３は、電気めっきのような次のめっきプロセスを施すための導電表面を形成するように構成される。シード層１０３は、物理気相堆積法（ＰＶＤ）を使用して堆積させることができる。シード層１０３は、普通、ＰＶＤプロセスの性質から、トレンチ構造又はビア構造１０６の側壁の上におけるよりも上部開口部の上において厚い。上述のように、シード層１０３が不均一な厚さであることによって、処理を施さない場合には、次のめっきにおいてボイドが形成される可能性がある。
【００２１】
プロセス２００のブロック２４０では、シード層の一部をパッシベーション膜で被覆する。一実施形態では、トレンチ構造又はビア構造の上部を覆うシード層を、パッシベーション膜で被覆する。パッシベーション膜は、下のシード層の上に金属が堆積することを阻止するように構成される。一実施形態では、パッシベーション膜は、界面活性剤（英語表記はｓｕｒｆａｃｔａｎｔ又はｓｕｒｆａｃｅ  ａｃｔｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）を含む。
【００２２】
一実施形態では、パッシベーション膜は、シード層上で種々の厚さを有することができる。例えば、パッシベーション膜は、トレンチ構造又はビア構造の上部を覆うシード層部分の上において、トレンチ構造又はビア構造の下部を覆うシード層部分の上におけるよりもずっと厚い。パッシベーション膜は、水に溶解することができる。トレンチ構造又はビア構造を水系めっき液に浸漬する場合、薄いパッシベーション膜の下部が最初に溶解して、当該下部の下のシード層が露出し、充填材料を堆積させることができるので、ボトムアップ充填が可能になる。
【００２３】
一実施形態では、界面活性剤は、平面分子を有する有機化合物であり、かつ水に溶解することができる。一実施形態では、界面活性剤は、１−２−３ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）又は類似の化合物を含む。
【００２４】
一実施形態では、パッシベーション膜１０４は、シード層１０３に含まれる材料の腐食防止剤を含むことができる。一実施形態では、腐食防止剤はイミダゾール（ＩＭＡ）を含む。
【００２５】
図２Ａは、トレンチ構造又はビア構造１０６の最上部を覆うように形成されたパッシベーション膜１０４を示している。トレンチ構造又はビア構造１０６の下部を覆うシード層部分１０３は、パッシベーション膜１０４で被覆されていない。
【００２６】
一実施形態では、パッシベーション膜１０４で被覆することは、界面活性剤溶液をスピン塗布することを含む。別の実施形態では、パッシベーション膜１０４で被覆することは、トレンチ構造又はビア構造を界面活性剤溶液に浸漬することを含む。パッシベーション膜１０４を塗布形成する方法については、図４及び５に関連付けながら詳細に説明する。
【００２７】
プロセス２００のブロック２５０では、トレンチ構造又はビア構造に導電材料を充填する。一実施形態では、トレンチ構造又はビア構造に充填することは、トレンチ構造又はビア構造をめっき液に浸漬することにより行なわれる。
【００２８】
図２Ｂは、基板１００をめっき液１０５に浸漬し、めっき液１０５でトレンチ構造又はビア構造１０６の表面を濡らす様子を示している。図２Ｂは、基板１００が、素子形成面を上に向けた状態でめっき液１０５に「十分に浸っている」様子を示しているが、当業者であれば、基板１００はあらゆる適切な位置に配置することができ、例えば素子形成面を下に向けてめっき浴に浸漬してもよい。
【００２９】
図２Ｂに示すように、導電材料１０７は、シード層１０３のうち、パッシベーション膜１０４で被覆されていない部分から成長する。この場合、シード層１０３の下部はめっき液１０５にじかに接触し、導電材料１０７はトレンチ構造又はビア構造をボトムアップ充填する。
【００３０】
図２Ｃは、しばらくの間めっきを継続した後の基板１００の側部断面図を模式的に示している。導電材料１０７でトレンチ構造又はビア構造１０６の底部が充填されているのに対し、トレンチ構造又はビア構造１０６の最上部がパッシベーション膜１０４で被覆されたままである。しかしながら、パッシベーション膜１０４はめっき液１０５に溶解しつつある。パッシベーション膜１０４は、最終的に、めっき液１０４に完全に溶解し、図２Ｄに示すように、導電材料１０７をトレンチ構造又はビア構造１０６の最上部を覆うように堆積させることが可能になる。
【００３１】
図４Ａ〜４Ｃは、本発明の一実施形態によるパッシベーション膜の塗布形成方法を模式的に示している。具体的には、パッシベーション膜は、スピン塗布により塗布形成される界面活性剤層とすることができる。スピン塗布プロセスにおける遠心力により、塗布形成されるパッシベーション膜は、トレンチ構造又はビア構造の最上部から底部に向かって徐々に厚さが低減するプロファイルを有することができる。回転速度を速くすると、被覆層がトレンチ構造又はビア構造の底部にほとんど又は全く形成されない。同じ原理により、溶液の物理特性も、保護界面活性剤を構造内の所望の深さに供給する際に同等の役割を果たす。
【００３２】
界面活性剤はめっき液又は電解液に溶解するので、界面活性剤が溶解する前に界面活性剤でトレンチ構造又はビア構造の上面を覆う場合、トレンチ構造又はビア構造の底面が電解液に最初に接触する。したがって、ボトムアップめっきを行なうことができる。
【００３３】
図４Ａに示すように、図２Ａのパッシベーション膜１０４のようなパッシベーション膜は、スピン塗布装置３００を使用して塗布形成することができる。スピン塗布装置３００は、普通、基板３０２を上面３０１ａに支持し、且つ基板３０２を、スピンドル３０１ｂを中心に回転させるように構成された基板支持アセンブリ３０１を備える。スピン塗布装置３００は、更に、溶液３０３を、基板支持アセンブリ３０１の上に配置される基板３０２に注ぐように構成された液体ディスペンサー３０４を備える。
【００３４】
溶液３０３は、普通、基板支持アセンブリ３０１が基板３０２を高速回転させている間に基板３０２に供給される。溶液３０３は、基板３０２全体に広がり、次に遠心力により基板３０２から飛散し、図４Ｂに示すように、薄層３０５が基板３０２の上に残る。
【００３５】
図４Ｃは、基板３０２を覆う薄層３０５の拡大図である。図４Ｃに示すように、基板３０２は、当該基板に形成されるトレンチ構造又はビア構造３０６を有する。スピン塗布中に、回転速度、溶液３０３の特性、又はそれらの組み合わせを調整することにより、スピン塗布により得られる薄層３０５を、トレンチ構造又はビア構造３０６の上部内に収まるように制御することができる。
【００３６】
一実施形態では、トレンチ構造又はビア構造３０６内の薄層３０５の深さ３０７は、基板３０２の回転速度を調整することにより制御することができる。一実施形態では、深さ３０７は、基板３０２の回転速度を大きくすることにより浅くすることができ、深さ３０７は、基板３０２の回転速度を小さくすることにより大きくすることができる。
【００３７】
溶液３０３は、普通、界面活性剤又は腐食防止剤のような担体及び溶質を含む。一実施形態では、担体は、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を含むことができる。
【００３８】
別の実施形態では、トレンチ構造又はビア構造３０６内の薄層３０５の深さ３０７は、溶液３０３の担体の特性を調整することにより制御することができる。一実施形態では、深さ３０７は、親水性の高い担体、又は揮発性担体を選択することにより大きくすることができる。一実施形態では、深さ３０７は、担体の粘度を調整することにより調整することができる。
【００３９】
別の実施形態では、トレンチ構造又はビア構造３０６内の薄層３０５の深さ３０７は、溶液３０３の溶質の特性を調整することにより制御することができる。溶質の特性によって、普通、溶液の特性が変化する。
【００４０】
一実施形態では、担体はスピン塗布後に蒸発して、溶質が薄層３０５内の基板３０２上に残留する。一実施形態では、薄層３０５は、界面活性剤又は腐食防止剤のような溶質から成る幾つかの分子層を含むことができる。別の実施形態では、基板３０２をスピン塗布後にベーク処理して、担体を薄層３０５から蒸発させることができる。
【００４１】
図５は、基板を溶液に浸漬することによるパッシベーション膜の塗布形成を模式的に示している。トレンチ構造又はビア構造４０３が形成された基板４０１を、素子形成面を下に向けて溶液４０２に浸漬することにより、図２Ａのパッシベーション膜１０４のようなパッシベーション膜を形成することができる。溶液４０２が通常疎水性担体を有することにより、トレンチ構造又はビア構造の上部（トレンチ構造又はビア構造の入口近傍の部分）を覆う薄膜が得られる。
【００４２】
図６Ａ〜６Ｄは、本発明の一実施形態による種々の寸法のトレンチ構造又はビア構造に充填する方法を模式的に示している。図７は、図６Ａ〜６Ｄに示す方法によるトレンチ構造又はビア構造の充填プロセス６００の模式フローチャートである。
【００４３】
プロセス６００のブロック６１０では、異なる寸法のトレンチ構造又はビア構造を有する基板を覆うようにシード層を堆積させる。図６Ａに示すように、大きいトレンチ構造又はビア構造５０６と、小さいトレンチ構造又はビア構造５０５とを、基板５００の誘電体材料５０１内に形成する。バリア層５０７をトレンチ構造又はビア構造５０５、５０６の表面に堆積させる。シード層５０２をバリア層５０７の上に堆積させる。シード層５０２は、物理気相堆積法（ＰＶＤ）を使用して堆積させることができる。シード層５０２は、普通、ＰＶＤプロセスの性質により、トレンチ構造又はビア構造５０５、５０６の側壁の上におけるよりも上部開口部の上において厚い。
【００４４】
プロセス６００のブロック６２０では、シード層の一部をパッシベーション膜で被覆する。パッシベーション膜は、トレンチ構造又はビア構造の上部を覆うシード層部分を被覆することができる。パッシベーション膜は、当該パッシベーション膜の下のシード層の上に金属が堆積するのを阻止するように構成される。一実施形態では、パッシベーション膜は界面活性剤を含む。パッシベーション膜は、図４及び５を参照して上述したように、スピン塗布により、又は基板を溶液に浸漬することにより形成することができる。図６Ａに示すように、パッシベーション膜５０３は、トレンチ構造又はビア構造５０５、５０６の上部を覆うように形成される。
【００４５】
プロセス６００のブロック６３０は、トレンチ構造又はビア構造に導電材料を充填する。一実施形態では、トレンチ構造又はビア構造に充填することは、トレンチ構造又はビア構造をめっき液に浸漬することにより行なわれる。プロセス２００において説明しためっきプロセスと同様に、パッシベーション膜によって、トレンチ構造又はビア構造の上部へのめっきを遅らせることにより、トレンチ構造又はビア構造のボトムアップ充填が可能になる。
【００４６】
図６Ｂは、基板５００をめっき液１０５にしばらく浸漬した後のめっき結果を示している。高アスペクト比を有する小さいトレンチ構造又はビア構造５０５が導電材料５０４でほとんど充填されているのに対し、大きいトレンチ構造又はビア構造５０６は内側容積部の大部分が未だ充填されていない。パッシベーション膜５０３はまだシード層５０２の上に残っていてよい。
【００４７】
この段階で、パッシベーション膜５０３をめっき液に溶解させることができる場合、大きいトレンチ構造又はビア構造５０６が更に充填されるまで基板５００をめっき液に浸したままにしておくことができる。めっき速度は、普通、高アスペクト比のトレンチ構造又はビア構造を充填してボイドの形成を低減する場合には、小さい値に設定される。小さいトレンチ構造又はビア構造５０５が充填された後は、めっき速度を小さくしておく必要はない。したがって、大きいトレンチ構造又はビア構造５０６への充填において、めっきパラメータを変更してめっき速度を大きくすることが望ましい。
【００４８】
プロセス６００のブロック６４０では、狭いトレンチ構造又はビア構造に導電材料を充填した後で基板を乾燥させる。
【００４９】
プロセス６００のブロック６５０では、基板をアニールして残留するパッシベーション膜を除去する。ブロック６４０及び６５０によって、これまで被覆されていたシード層からパッシベーション膜を剥がすことができる。図６Ｃは、パッシベーション膜を除去した後の基板５００を示している。
【００５０】
プロセス６００のブロック６６０では、基板をめっき液に浸漬して、導電材料を基板の上に堆積させる。一実施形態では、ブロック６６０におけるめっきプロセスは、ブロック６３０におけるめっきプロセスよりも速いめっき速度を有する。一実施形態では、同じめっき液をブロック６３０及び６６０において使用することができる。別の実施形態では、異なるめっき液をブロック６３０及び６６０において使用できる。図６Ｃに示すように、小さいトレンチ構造又はビア構造５０５、及び大きいトレンチ構造又はビア構造５０６の両方に導電材料５０４が充填される。
【００５１】
プロセス６００は、基板上のトレンチ構造又はビア構造が極めて大きく変化する場合に特に有用である。ブロック６３０及び６６０におけるめっき速度を異なるように設定して、高アスペクト比のトレンチにボイドが形成されるのを阻止し、かつ大きな寸法のトレンチへの充填を速めることができる。
【００５２】
プロセス６００は、パッシベーション膜をめっき液に溶解させることができない場合にも有用である。
【００５３】
図８は、本発明の一実施形態によるビアに充填した結果の光電子顕微鏡像である。図８のビアは、シリコン基板に形成されて、約１４０ミクロンの深さ、及び約１４ミクロンの直径を有する。約６０００オングストロームの厚さを有する銅シード層は、パッシベーションで被覆する前に堆積させる。パッシベーションで被覆する際に、１−２−３ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に溶解させた溶液を、基板にスピン塗布する。次に、塗布済み基板を、銅を基板にめっきするように調製されためっき液に浸漬する。図８は、めっき後の顕微鏡像である。銅本体を白色で示している。図８に示すように、これらのビアに銅をボトムアップ充填する。
【００５４】
図９は、本発明の一実施形態による方法を使用してトレンチ構造に充填した結果の透過型電子顕微鏡像である。トレンチ構造は、底部の近傍で２５ｎｍの最小寸法を有する。トレンチは、本発明の実施形態に従ってパッシベーション被覆層を塗布形成した後に、電気めっきプロセスによる銅で充填される。トレンチはボトムアップ充填される。元の銅シード層がそのままの状態で、電気めっきされた銅がトレンチからきのこ状に「盛り上がる」様子を観察することができる。
【００５５】
本明細書では、トレンチ構造又はビア構造への充填について説明したが、本発明の実施形態は、トレンチ及びビアの組み合わせのような他の構造、又は他のあらゆる開口部への充填を行なうために適用可能である。
【００５６】
上述は、本発明の実施形態に関して行なわれているが、本発明の他の実施形態及び別の実施形態を、本発明の基本的範囲から逸脱せずに想到することができ、本発明の範囲は特許請求の範囲により規定される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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